50KW燃料電池測試平臺設(shè)計(jì)方案

更新時(shí)間：2018-04-11

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1 概述

1.1系統(tǒng)介紹

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1.2.1 系統(tǒng)控制

?全自動兼手動測試

?數(shù)據(jù)自動采集

?加載工況編程

?多通道單池檢測

?電堆溫度控制

1.2.2 負(fù)載控制

?恒電流載荷設(shè)定

?恒功率載荷設(shè)定

?恒電壓載荷設(shè)定

1.2.3 安全控制

?操作安全保護(hù)

?氫安全保護(hù)

?電安全保護(hù)

1.2.4 物料控制

?物料供給設(shè)定

?自動補(bǔ)水

?恒壓操作

1.2.5 其他

?陰極、陽極增濕控制

?氫空壓力操作跟動

?氮?dú)庾詣哟祾?/span>

1.3系統(tǒng)參數(shù)配置

序號	操控項(xiàng)目	參數(shù)	備注
1	環(huán)境適應(yīng)性	0~45℃
2	氫氣氣源壓力	5~10bar
3	空氣氣源壓力	5~10bar
4	氮?dú)鈿庠磯毫?/span>	5~10bar
5	電流加載控制	0~600A （0~750V）
6	功率加載控制	0~50KW（0~750V）
8	濕度操作	0~95%RH（90℃）
10	壓力操作	20～200 kPa（±2 kPa）
11	陰極流量控制	20～3000NLPM（誤差1%）
12	陽極流量控制	20～1000NLPM（誤差1%）

13	冷卻液流量控制	5~200NLPM（誤差5%）
14	壓力參數(shù)采集	0~300 kPa（±2 kPa）
15	溫度參數(shù)采集	0-100℃（±2 ℃）
16	電壓檢測	0~750V
17	巡檢通道數(shù)量	0~250
18	單池電壓檢測	-2V~2V（精度±2mV）
19	冷卻液預(yù)熱時(shí)間	10min（水）
20	露點(diǎn)控制范圍	40-90℃
21	氣體溫度控制方式	溫度PID控制
22	氣體zui大濕度	95%（90℃）
23	露點(diǎn)溫度控制方式	管路保溫控制
24	露點(diǎn)控制精度	±2 ℃
25	露點(diǎn)溫度測量	露點(diǎn)檢測儀	出廠時(shí)標(biāo)定
26	加濕方式	噴淋增濕
27	不加濕回路	有
28	N2吹掃	手動/可定制自動
29	可測zui大電堆功率	50kW
30	可測zui小電堆功率	5kW

31	管路材質(zhì)	不銹鋼，防腐處理
32	電源需求	380/110A(≈40KW)	使用方提供

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

1）良好的人機(jī)界面；

2）功能齊全的專業(yè)測試軟件；

3）全自動化控制：

①流量控制：

控制模式分恒定流量控制模式和載氣聯(lián)動模式，可手動和程序設(shè)定，有zui小流量設(shè)定，顯示設(shè)定流量和實(shí)際測量流量、可設(shè)定反應(yīng)氣的化學(xué)計(jì)量比；

②溫度控制：

系統(tǒng)將熱電偶采集到的溫度，通過PID算法進(jìn)行運(yùn)算后輸出控制信號到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以使所控制溫度達(dá)到給定值，實(shí)現(xiàn)自動控制；

③壓力控制：

設(shè)定和顯示；

4）控制氫氣尾排形式：

①常排模式；

②脈沖排放模式；

5）數(shù)據(jù)采集：

①按通訊速率自動記錄（文本格式）；

②可以自定義保存數(shù)據(jù)；

6）負(fù)載：

①手動設(shè)定或編輯程序進(jìn)行（按一定加載速度進(jìn)行加載）；

②具有電池測試功能、自動測試功能、過功率測試功能、過電流測試功能；

7）安全保護(hù)：

溫度、壓力、壓差、氫氣濃度、總電壓、單電壓、電流、功率超限設(shè)定保護(hù)；

8）指示燈及開關(guān)：

運(yùn)行狀態(tài)指示燈、上電指示燈、報(bào)警指示燈及上電和急停開關(guān)。

2.2 系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

類別	項(xiàng)目	指標(biāo)	備注
系統(tǒng)	測試功率范圍	0～30kW
	質(zhì)量流量控制精度	1%
	氣體輸入通道	H2、N2、Air
	背壓控制范圍	20～200 kPa
	背壓控制精度	±2 kPa
	壓力測量范圍	0～300 kPag
	背壓測量精度	±2kPa
增濕系統(tǒng)	露點(diǎn)控制范圍	40℃～90℃
	露點(diǎn)控制精度	±2℃
	陽極氣體流量范圍	20～1000NLPM
	陰極氣體流量范圍	20～3000NLPM
	響應(yīng)時(shí)間	5min	露點(diǎn)40℃到80℃
供氣應(yīng)系統(tǒng)	流量測試范圍（陽極）	20～1000NLPM	可為電堆測試提供氫氣供應(yīng)和質(zhì)量流量統(tǒng)計(jì)
	流量測試范圍（陰極）	20～3000NLPM
	流量控制	可以通過自動控制和手動編程控制等多種控制方式
	氣體溫度控制范圍	40℃～90℃	堆進(jìn)氣溫度
	溫度控制精度	±1.5℃
	露點(diǎn)測量精度	±1℃
	電堆進(jìn)出接口	H2/AIR：φ16/φ38	有待確認(rèn)
	接堆管路	高壓軟管	耐壓3bar

氮?dú)獯祾?/span>	流量計(jì)	20～200NLPM控壓力or控流量
冷卻系統(tǒng)	冷卻劑	去離子水，壓力范圍：5-100kPa
	冷卻劑流量	5~200NLPM	自動控制0或5~100NLPM
	流量測量精度	0.01	10℃下
	溫度控制范圍	40℃～90℃	冷卻液進(jìn)堆溫度
	溫度測量精度	±1℃
	溫度控制精度	±1.5℃
	冷卻液壓力控制范圍	5～100kPag
	壓力測量、控制精度	±1.5kPa
	電導(dǎo)率測試范圍	0～100μS/cm
	預(yù)熱時(shí)間	<10分鐘	從20℃到80℃
電子負(fù)載系統(tǒng)	電壓	0～750 V
	電流	0～800 A
	功率	50kW
	電流電壓測量精度	0.5％滿量程
	控制	可編程控制
電源系統(tǒng)	電壓	三相380V AC 50Hz
電源系統(tǒng)	電流	110A(≈40KW)	買方提供
單池電壓測試系統(tǒng)	測試通道	0-250
	測試范圍	±2V
	測試精度	±2mV
	數(shù)據(jù)采集速度	2Hz
	接口	CAN
軟件及電腦	電腦zui低配置	處理器 Pentium 4或更高 RAM 1GB 磁盤 5GB Windows XP/7
	軟件系統(tǒng)	供方提供相關(guān)正版軟件提供中文版使用手冊
	通訊	可接受外部信號輸入，可對系統(tǒng)進(jìn)行控制
	圖形刷新率	2Hz
	數(shù)據(jù)采集率	10Hz
	zui大數(shù)據(jù)記錄速率	10Hz
	軟件系統(tǒng)	完整的監(jiān)控和控制軟件，友好的界面。可升級
輔助設(shè)備	指示燈	綠燈表示運(yùn)行，紅燈表示停機(jī)，聲音報(bào)警
	急停按鈕	緊急停車開關(guān)，具有防誤操作功能
	排水盤	平臺配有能收集漏出水的收集盤，并有導(dǎo)流管可以室內(nèi)排水管道連接
	后備UPS	試驗(yàn)室斷電情況下控制系統(tǒng)供電和平臺安全處理供電	可選
安全與保護(hù)	氫濃度傳感器	硬件及軟件	外置聲光報(bào)警裝置
	N2吹掃	軟件、硬件
	設(shè)備互鎖輸入	一路停車輸入
	電堆低電壓報(bào)警	軟件
	單片電壓報(bào)警	軟件
	高溫、低溫報(bào)警	軟件
	氣體超壓、低壓報(bào)警	軟件
	冷卻液超壓、低壓報(bào)警	軟件
	陽極、陰極或冷卻液超壓力差報(bào)警	軟件
	電子負(fù)載故障	軟件

2.3 氣、液、電氣接口定義

氫氣氣源接口：Ф16

空氣氣源接口：Ф38

氮?dú)鈿庠唇涌?nbsp; ：Ф10

空氣出口接口：Ф38

氫氣出口接口：Ф16

冷卻液進(jìn)出接口：Ф32

排液1接口：Ф10

排液2接口：Ф10

排液3接口：Ф10

電源接口：額定380V/40A(峰值50A)三相電源接頭。

(以實(shí)物為準(zhǔn)，僅作參考）

3 30KW燃料電池測試平臺配置參數(shù)表

系統(tǒng)名稱	配置				備注
系統(tǒng)名稱	主要部件	品牌/產(chǎn)地	參數(shù)	精度	備注
陽極供氣系統(tǒng)	氣體流量控制器	ALICAT/進(jìn)口	0～1000NLPM	±0.2%F.S+0.8%（讀數(shù)）響應(yīng)時(shí)間<60s（2%-100%）
陰極供氣系統(tǒng)	氣體流量控制器	ALICAT/進(jìn)口	0～3000NLPM	±0.2%F.S+0.8%（讀數(shù)）響應(yīng)時(shí)間<60s（2%-100%）
吹掃系統(tǒng)	減壓器
增濕系統(tǒng)	空氣增濕器	—	0～95%RH（90℃）	±5%
	氫氣增濕器	—	0～95%RH（90℃）	±5%
	露點(diǎn)控制	—	40℃～90℃	±2℃
冷卻系統(tǒng)	循環(huán)泵	Walrus	流量：5～200LPM，壓力：5～100kPa	±1kPa
冷卻系統(tǒng)	換熱器	alfa laval	4-10℃溫差	±1℃
自動補(bǔ)水系統(tǒng)	水泵		0～2NLPM
自動補(bǔ)水系統(tǒng)	在線電導(dǎo)率儀		0～100μS/cm	±1μS/cm
負(fù)載系統(tǒng)	負(fù)載	—	電壓：0～750 V 電流：0～800 A 功率：0~50kw	0.5%
控制/數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)	控制器	NI/進(jìn)口	全自動控制，可自編工況		美國國家儀器公司
	壓力傳感器	SMC	0～300 kPa	±1kPa
	溫度傳感器	NTC	0℃～100℃	±1℃
	單電壓采集	—	通道：250個(gè) 電壓：±2V 速率：2Hz	±2mV
	軟件	LABVIEW8.0	界面友好，操作方便	正版授權(quán)
安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)（HIS）	氫氣濃度報(bào)警儀		聲光
	安全報(bào)警聯(lián)鎖	軟件	壓力、溫度、電壓、液位超限報(bào)警
	急停保護(hù)	硬件
Ups備用電源					根據(jù)客戶需求選配
電源需求	電源		380/110A(≈40KW)

4 特點(diǎn)與服務(wù)

4.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

?模塊化集成，可按需求組合不同的配置；

?可按需求定制的監(jiān)控系統(tǒng)；

?的安全性，可靠的安全緊急關(guān)閉機(jī)制；

?PC界面友好清晰，操控簡便；

?功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和診斷系統(tǒng)，預(yù)留I/O、AD、PWM裕量；

?可選的集成環(huán)境室和負(fù)載等。

4.2 工程與服務(wù)

?從設(shè)計(jì)到運(yùn)行，可提供一整套測試系統(tǒng)的服務(wù)，根據(jù)需要，還可提供實(shí)驗(yàn)室整體解決服務(wù)；

?除了測試系統(tǒng)的交付服務(wù)，可以提供其他大量的客戶服務(wù)，包括、現(xiàn)場運(yùn)行支持、甚至可以由我們的服務(wù)與測試工程師來運(yùn)行測試臺架。

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